城市轨道交通气体灭火系统探析

城市轨道交通气体灭火系统探析

陈志诚,王玮

福州地铁集团有限公司运营事业部  福建 福州 350000

摘要：为保护城市轨道交通设备设施安全，通常在重要电气、电子房间设置气体消防灭火系统。气体灭火系统是以某些在常温、常压下呈现气态的物质作为灭火介质，通过这些气体在整个防护区内或保护对象周围的局部区域建立起灭火浓度实现灭火。由于其特有的性能特点，是城市轨道交通安装的灭火设施中的一种重要形式。

关键词：城市轨道交通；气体灭火系统；管网子系统

1  气体灭火系统简介

气体灭火系统由存储输送灭火介质的管网子系统和探测报警联动灭火设备的控制子系统组成。平时是由本系统独立的控制子系统来监视各防护区的状态，在发生火灾时能自动报警，并按预先设定的程序启动灭火装置，达到扑救防护区火灾的目的。

控制子系统由气体灭火集中报警控制器及现场设备：现场灭火控制盘、火灾探测器、警铃、声光报警器、联动控制设备等组成。

管网子系统包括储存装置、启动装置、分区控制阀、喷嘴、输送管路及其它附件组成。

2  常用气体灭火系统比较

目前，比较常用的气体灭火系统有七氟丙烷、IG541混合气体、二氧化碳和气溶胶等灭火系统[1]。

2.1  七氟丙烷灭火系统

七氟丙烷又称FM-200或者HFC-227ea，是HFC的一种。它是一种化学灭火剂，常温下为气态，无色无味、不导电，无腐蚀、无环保限制，不破坏大气臭氧层，大气残留时间较短。在常温下可加压液化，并能全部挥发，灭火后无残留物。其灭火机理与卤代烷相同，为物理方式和部分化学方式灭火。通过灭火剂对燃烧反应的化学抑制作用，即负催化作用而迅速灭火；其特点是沸点低、气化快、分布均匀、灭火速度快。在灭火过程中会分解出微量的氢氟酸有害气体，散发刺鼻的气味，有一定的腐蚀性。可以扑救A(表面火)、B、C类和电气火灾，可用于保护经常有人的场所，但其系统管路长度不宜太长。

七氟丙烷灭火系统有管网型式、柜式、悬挂式、探火管等多种形式，适用范围广、工程造价相对中等。

2.2  IG541气体灭火系统

IG-541是氮气、氩气和二氧化碳以52：40：8的体积比例混合而成的一种灭火剂。它的三个组成成分均为无色、无味、不导电、无毒的气体，其密度近似于空气的密度，由于含有二氧化碳和氮气，所以这两种气体在灭火过程中有可能参加反应。其灭火机理为稀释燃烧区的氧气浓度，达到窒息灭火的目的。IG-541不破坏臭氧层，灭火后不留痕迹，可以扑救A(表面火)、B、C类和电气火灾，可以用于保护经常有人的场所，为很多用户青睐，但该系统为高压系统，对制造、安装要求非常严格。

IG541气体灭火剂由氮气、氩气、二氧化碳组成，这三种气体都是空气的成份、所以喷放后对环境没有影响，是一环保的灭火剂。由于IG541的充装压力高、充装量相对较低，所以钢瓶数量比较多，工程造价也相对高。

2.3  二氧化碳灭火系统

二氧化碳的灭火机理是窒息作用，此外对火焰还有一定冷却作用。二氧化碳的窒息作用主要是通过充满整个空间或包围燃烧物使其周围空气中的氧含量降低而实现的。二氧化碳的灭火浓度根据不同燃烧物质为25％～40％以上。

二氧化碳分为高压、低压两种系统。二氧化碳灭火系统，可以扑救A(表面火、部分固体深位火灾)、B、C类和电气火灾，不能用于经常有人的场所。低压系统的制冷及安全阀是关键部件，对其可靠性的要求极高。在二氧化碳的释放中，由于干冰的存在，会使防护区的温度急剧下降，可能对设备产生影响。对释放管路的计算和布置、喷嘴的选型也有严格要求，一旦出现设计施工不合理，会因干冰阻塞管道或喷嘴，造成事故。

二氧化碳灭火系统的缺点是灭火设计浓度高，当二氧化碳的浓度达到1O时，在几分钟内会使人丧失意识甚至死亡，这一浓度远低于其最小设计灭火浓度。其次，二氧化碳的灭火过程中会产生白雾，降低保护区的能见度，影响人员的逃离。因此二氧化碳系统应用于有人环境时必须考虑人身安全防范问题，不适用于经常有人停留的产所，主要应用在一些工业场所。

2.4  气溶胶灭火系统

通常所说的气溶胶，是指以空气为分散介质，以固态或液态的微粒为分散质的胶体体系。气溶胶灭火剂由氧化剂、还原剂、燃烧速度控制剂和黏合剂组成。主要分为热气溶胶和冷气溶胶。冷气溶胶主要指干粉灭火剂，不属于气体灭火。热气溶胶又分为K型气溶胶和s型气溶胶。K型汽溶胶灭火机理是吸热降温、化学抑制、窒息和隔离空气。主要以化学抑制为主。S型汽溶胶与K型灭火机理一致，只是由钾盐换成了锶盐。气溶胶灭火后有残留物，属于非洁净灭火剂。可用于扑救A(表面火)、部分B类、电气火灾。不能用于经常有人、易燃易爆的场所。使用中要特别注意残留物对于设备的影响。

总体来说气溶胶灭火效率较高，造价很低，设置灵活，但是最致命的缺陷是对精密仪器设备、文物、档案造成二次伤害，不适用于精密仪器、对环境要求高的场所。

2.5  常用气灭系统比较

2.5.1安全性比较

由于二氧化碳灭火系统影响人员的逃离，气溶胶灭火系统不适用对环境要求高的场所，因此在轨道交通中多采用IG541灭火系统与七氟丙烷灭火系统。

IG541在正常设计浓度范围内使用，对人体是无窒息、无毒的。它本身不含有毒成分，火灾后也不会产生有毒物质。另外IG541气体以气态储存，在全喷放时不形成雾气，可确保逃生时能清楚地看到任何紧急逃生门，因而它特别适用于经常有人停留的灭火场所[2]。

七氟丙烷在正常设计灭火浓度时对人体无损害，由于它以液体状态储存，在喷射时能形成雾状的细小液珠。可能导致视线不清，影响人员逃生。

表1  安全性比较表

注：NOAEL为原气体不影响心肺功能的最大浓度，LOAEL为原气体影响心肺功能的最小浓度。

2.5.2管网布置比较

七氟丙烷气体灭火系统压力低，气体输送距离短，适用于防护区相对集中的建筑。

IG541系统压力高,管网的工作压力一般为15MPa或20MPa，输送距离远、垂直输送能力强，不受保护区距离的严格限制，管网布置更加灵活、合理，对于防护区分散、管线复杂、输送距离远的建筑非常适用。

2.5.3灭火效率比较

根据燃烧理论分析，灭火分化学灭火和物理灭火，其中化学灭火主要是指灭火剂通过化学反应，大量捕捉、消耗火焰中的自由基，抑制燃烧反应，化学反应浓度低，灭火速度快。物理灭火又分为：窒息、冷却、隔离燃烧物三种方式。因此从灭火效果看，七氟丙烷灭火系统以化学灭火方式为主，且七氟丙烷属于液化气体，喷放时对着火区有一定的冷却作用。IG541灭火机理为窒息法，灭火效率低于七氟丙烷灭火系统。

2.5.4环保性能比较

目前国际上衡量环保性的主要指标是温室效应(GWP)、大气中的存活时间(ALT)、臭氧耗损潜能值(ODP)。从保护臭氧层的角度来看，使用的灭火剂ODP值越小越好，其次要求GWP和ALT值越小越好。由下表数据比较可得，IG541灭火系统环保性能优于七氟丙烷灭火系统[3]。

表2  环保性能比较表

3  应用情况

七氟丙烷气体灭火系统和IG541气体灭火系统均能及时有效地扑灭地铁电气设备房间的各类火灾[4]。都成功地应用于地铁消防工程中，并积累了一些设计、安装以及运营管理经验。

气体灭火系统成本包含药剂成本、设备造价、管网造价、维护费用四大部分。在药剂费用方面，七氟丙烷的药剂费用比1G541高，更换周期也比IG541短，所以七氟丙烷的药剂费用要比IG541高。在设备及管网造价方面，由于IG541灭火系统的压力高、储瓶数量多，造价较高，而七氟丙烷灭火系统压力低，储瓶数量少，造价相对较低。在日常维护费用方面，七氟丙烷气灭系统也较IG541气灭系统高。综合考虑以上各方面的因素，在城市轨道交通工程中IG541气体灭火系统总投资略高于七氟丙烷气体灭火系统，但七氟丙烷灭火系统管路不宜过长，因此在实际建设过程中多根据管路长短需求选择不同的气体灭火系统。表1是国内部分地铁工程中气体灭火系统的应用情况。

表3  气体灭火系统应用情况

4  结束语

气体灭火系统作为消防联动控制设计的重要组成部分，在城市轨道交通重要设备机房火灾的探测和消防灭火方面起着至关重要的作用。气体灭火系统对管路长度要求较高的可考虑IG541气体灭火系统，对管路长度要求较低的可考虑七氟丙烷灭火系统，对环境复杂的情况，可以IG541灭火系统为主，局部采用七氟丙烷灭火系统。在系统选型方面要综合考虑介质污染影响、成本造价、系统局限性等影响。

参考文献：

[1]气体灭火系统设计规范：GB 50370-2005 [S].中国计划出版社,2006.

[2]二氧化碳灭火系统设计规范(2010年版)：GB50193-1993[S].中国计划出版社,2010.

[3]冯锁磊.城市轨道交通火灾自动报警及气体灭火系统探析[J].人民交通,2018(10)：166.

[4]陈浩.地铁车站气体灭火系统的选择与应用[J].都市快轨交通,2006(10)：138-140.